BRPI0520815B1

BRPI0520815B1 - processo e ferramentas para fabricar estruturas de anel de composto

Info

Publication number: BRPI0520815B1
Application number: BRPI0520815A
Authority: BR
Inventors: Aquilino Garcia Garcia; Jesus Manuel Martin Martin; Pedro Nogueroles Vines
Original assignee: Airbus España S L; Airbus Operations Sl
Priority date: 2005-12-29
Filing date: 2005-12-29
Publication date: 2016-12-20
Also published as: EP1972426B1; BRPI0520815A2; EP1972426A4; CA2635365A1; ES2560660T3; US7544261B1; US20090139644A1; EP1972426A1; CN101448629B; CA2635365C; CN101448629A; WO2007074179A1

Abstract

processo e ferramentas para fabricar estruturas de anel de composto. a presente invenção refere-se a um processo para fabricar estruturas de anel de composto para fuselagens aeronáuticas por meio da aplicação da tecnologia de rtm a dois preformados com seções em forma de c e de l fabricados utilizando duas ferramentas (21, 55) nas seguintes etapas: prover o material; formar a quente laminados retangulares planos (41); formar a quente laminados de seção de ângulo reto (51) sobre uma parte de seção de ângulo reto da primeira ferramenta (21), colocando uma membrana elástica (55) e aplicando um ciclo de temperatura e de vácuo; formar a quente os preformados em uma forma de c (11) e uma forma de l (13) sobre uma segunda ferramenta curva (55) deformando os ditos laminados de seção de ângulo reto (51) sobre a mesma, e aplicando um ciclo de temperatura e de vácuo. a invenção também refere-se às ditas ferramentas (21, 55).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO E FERRAMENTAS PARA FABRICAR ESTRUTURAS DE ANEL DE COMPOSTO".

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um processo para fabricar estruturas de anel de fuselagem aeronáutica de composto por meio de tecnologia de RTM (moldagem de transferência de resina), especificamente às etapas deste processo no qual os preformados sujeitos à etapa de injeção de resina final são fabricados.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Na indústria aeronáutica a razão de resistência - peso é um aspecto fundamental, e por esta razão a tendência mudou de utilizar as estruturas metálicas para utilizar as estruturas fabricadas ou otimizadas com compostos.

[003] No processo de otimização de todos os tipos de estruturas aeronáuticas, a maximização de redução de peso e a integração do maior número de peças são procuradas de modo a reduzir tanto a duração do processo de montagem quanto a manipulação de componentes menores, [004] A fabricação de estruturas de anel na técnica conhecida é executada com base em estruturas metálicas usinadas ou estruturas metálicas formadas, reforçando a parte que suporta a maior parte da carga com peças usinadas. No caso de chapa metálica formada, a seção normal mente utilizada é obtida em duas peças: por um lado o Z é fabricado, e por outro lado a cantoneira ou "babbetes” as quais são rebitadas na seção anterior (ver Figura 1a), são fabricadas.

[005] Este processo tem a desvantagem de requerer longos tempos de montagem e o peso resultante excede o peso obtido quando fazendo a mesma seção em um modo integrado.

[006] A presente invenção tem um objetivo de prover um proces- so que resolve as desvantagens da técnica anterior.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] A presente invenção propõe um processo para fabricar estruturas de anel de composto para fuselagens aeronáuticas por meio de aplicação da tecnologia de RTM a dois preformados com seções em forma de C e de L, caracterizado pelo fato de que os ditos preformados são fabricados, utilizando uma primeira e segunda ferramentas, nas seguintes etapas: - prover o tecido para os preformados em pedaços de material cortados de acordo com padrões preajustados. - formar a quente laminados retangulares planos colocando camadas de pedaços de material sobre uma primeira ferramenta em posições e número predeterminados e aplicar pressão e temperatura de modo que os pedaços de material adiram uns nos outros somente local mente, isto é não sobre a sua superfície inteira, somente ao longo de uma tira longitudinal onde os reforços de fita unidirecionais estão dispostos. - formar a quente laminados de seção de ângulo reto de segmentos dos ditos laminados planos de dimensões predeterminadas, obtidos por meio de corte, sobre uma parte de seção de ângulo reto da primeira ferramenta, dispondo sobre o seu lado superior, a parte destinada para o flange dos preformados com uma seção formada em C ou L, prendendo uma borda longitudinal sobre a ferramenta e permitindo que o resto fique livre; colocando uma membrana elástica sobre a ferramenta e aplicando um ciclo de temperatura e de vácuo. - formar a quente os preformados em uma forma de C e L sobre uma segunda ferramenta curva deformando os ditos laminados de seção de ângulo reto sobre a mesma, a dita deformação incluindo no caso de preformados em forma de C o dobramento do segundo flange, e aplicando um ciclo de temperatura e de vácuo.

[008] A presente invenção também refere-se as duas ferramentas mencionadas.

[009] A primeira ferramenta é formada por um módulo central e dois módulos laterais unidos juntos de modo a fazer o laminado dos preformados assim como preformar a junção longitudinal dos padrões por meio de sobreposições, e estes são separados para executar a etapa de formar a quente os laminados de seção de ângulo reto, e cabeçotes de aquecimento para executar a aplicação de pressão e de temperatura da etapa para formar a quente os laminados planos.

[0010] O módulo central tem elementos de aquecimento, entradas de vácuo e uma placa de retenção com um atuador pneumático disposta sobre o módulo central para formar a quente os laminados de seção de ângulo reto.

[0011] A segunda ferramenta compreende um módulo macho curvo com um encaixe para posicionar o flange e os flanges, respectivamente, dos laminados em forma de L ou C e uma pluralidade de fitas elásticas para reter os laminados durante o seu processo de formação a quente.

[0012] A fabricação de preformados de estrutura de anel os quais serão subsequentemente injetados no processo de RTM é facilitada por meio do processo da presente invenção com as seguintes vantagens: - estruturas de anel com geometrias complicadas e estruturas de anel integradas são fabricadas, atendendo ao objetivo procurado em qualquer estrutura. - o problema de acabamento de superfície somente de um lado é resolvido pela adição de uma alta precisão dimensional sem qualquer redução de raios porque a autoclave não é utilizada. - o controle de espessuras é aperfeiçoado (atingindo tolerâncias < 0,2 mm), quaisquer que estas espessuras possam ser, e por- tanto um bom ajuste entre o flange externo das estruturas de anel com a sobreposição e a longarina é obtido. - o processo é repetitivo, com curtos tempos de ciclo de cura, reduzindo a duração do processo de fabricação.

[0013] Outras características e vantagens da presente invenção serão obtidas da descrição detalhada seguinte de uma modalidade ilustrativa de seu objeto em relação aos desenhos anexos.

BREVE...DESCRIÇÃODOSDESENHOS

[0014] Figura 1a mostra um corte de uma estrutura de anel feita de metal e Figura 1b mostra um corte de uma estrutura de anel feita de um composto fabricado por meio do processo de objeto da presente invenção.

[0015] Figura 2a mostra uma vista em perspectiva da primeira ferramenta utilizada no processo de objeto da presente invenção.

[0016] Figura 2b mostra esq uematicamente os componentes da primeira ferramenta utilizada no processo de objeto da presente invenção.

[0017] Figura 3 mostra as diferentes fases da etapa para formar a quente os laminados planos do processo de objeto da presente invenção.

[0018] Figura 4 mostra esquematicamente os cortes feitos no laminado plano de modo a obter os laminados com as dimensões requeridas para os preformados com seções em forma de C e L.

[0019] Figura 5 mostra esquematicamente as diferentes fases da etapa para formar os laminados planos do processo de objeto da presente invenção.

[0020] Figura 6 mostra esquematicamente as diferentes fases da etapa para formar a quente os preformados com seções em forma de CeL.

[0021] Figura 7 mostra vistas em corte esquemáticas da segunda ferramenta utilizada no processo de objeto da presente invenção.

[0022] Figuras 8 e 9 mostram vistas em corte esquemáticas do módulo central da primeira ferramenta.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0023] Uma modalidade do processo de acordo com a invenção para fabricar preformados de estrutura de anel de fuselagem aeronáutica com compostos está abaixo descrita.

[0024] A seção a ser fabricada é formada por uma cantoneira em forma de C 11 e em forma de L 13 feita de tecido e reforçada com uma fita unidirecional sobre o flange inferior 15 para aumentar o momento de inércia e portanto a rigidez. Estruturas de anel de até 8 metros de comprimento com raios de curvatura de até 250 mm podem ser obtidas com esta invenção.

[0025] A execução do processo começa com a provisão do material necessário para fabricar os laminados; os padrões obtidos do processo de corte são fabricados em grupos como por geometrias, de modo que a máquina de corte funcione somente uma vez, obtendo o padrão requerido para cada um destes. Uma identificação de cada uma das peças não é requerida por meio deste processo, e é somente necessário levar o número de peças requerido de cada geometria para fabricar o laminado.

[0026] Por sua parte, a ferramenta de laminado 21 dos preformados em forma de C e L (em cada caso com as dimensões adequadas) está provida, acoplando os módulos laterais 23 no módulo central 25. Chavetas longitudinais 27 estão fixas, posicionadas sobre os módulos laterais 23 na área onde a laminação é executada (qualquer um dos dois módulos laterais 23 é adequado para isto).

[0027] Para iniciar o laminado 41, a placa de retenção 29 da parte superior da ferramenta 21 é removida. Então os padrões retangulares de pedaços de material 30 são dispostos a +/- 45° e ntre o módulo cen- trai 25 e as chavetas 27 do módulo lateral 23 escolhido para a fabricação, sobrepondo longitudinalmente os padrões. As medições das dimensões de contorno assim como as marcas de deslocamento, corte e sobreposição das camadas envolvidas nestas estão mostradas por meio de projetores de laser, de modo a integrar os reforços e sobrepor os pedaços de material 30 até obter o comprimento inteiro da seção de estrutura de anel, uma pressão e uma temperatura são aplicadas com o cabeçote de aquecimento 31 que pode deslocar-se sobre guias nas laterais da mesa 33. O abaixamento do cabeçote de aquecimento 31 acima do laminado 41 é feito por meio de uma atuação pneumática manualmente controlada. O aquecedor pode girar de +45°, +90°, -90°, -45° ao redor do eixo geométrico Z de modo a ser ca paz de aderir os reforços da fita unidirecional ou sobreposições, conforme possa ser o caso. Uma vez que o laminado 41 está acabado, este deve ser cortado nas áreas marcadas, identificando cada uma das peças resultantes e os eixos geométricos de simetria com um marcador branco, assim fica claro que quatro estruturas de anel 43, 45, 47, 49 são fabricadas do mesmo laminado 41 ao mesmo tempo.

[0028] A formação a quente reta dos preformados em forma de C e L é executada dentro da ferramenta de laminado 21 seguindo as etapas mostradas na Figura 5. Primeiro um filme de separação 53 será disposto de modo que o laminado de partida 51 (com a dimensão requerida para formar a quente o preformado em forma de C ou L envolvido) não adira à membrana elástica 55 e contamine o material. Então a placa de retenção 29 é colocada, a qual é rapidamente ancorada através de um atuador pneumático a uma projeção sobre o módulo central 25, o balanço do qual sobrepõe somente uma tira longitudinal de 10 mm de laminado 41 e pressiona-o o suficiente de modo que este não seja arrastado pela membrana elástica 55. Como o laminado 51 tem reforços longitudinais com espessuras variáveis na área a ser aquecida, a placa de retenção 29 deve ser descontínua de modo a acoplar nas diferentes alturas. Uma vez que a placa de retenção 29 está no lugar, os módulos laterais 23 são cuidadosamente removidos de modo a não arrastar o laminado 41 previamente gerado, e a estrutura de anel com a membrana elástica 55 é colocada. Esta membrana de silicone elástica é deformada por vácuo, suportando temperaturas de 120° como a temperatura de trabalho, e elongações da ordem de 400%. Então com tudo montado, o processo de formação a quente (temperatura + vácuo) é executado. A temperatura é aplicada através da ferramenta de formação a quente 21. O módulo central 25 tem re-sistores 61 embutidos no mesmo de modo a aquecer o laminado 51. Durante a formação a quente, estes resistores aquecem a área horizontal do laminado 51 e 5 mm (no máximo) da área vertical são suportados. Para impedir que a área vertical seja aquecida, um material de FV 63 é colocado dentro da ferramenta nesta área atuando como um isolante térmico. A temperatura a ser atingida localmente é de 100 °C (com uma tolerância de ± 5 °C) por 20 minutos como uma referência. O vácuo é executado através da mesa 33 da ferramenta 21, feita em forma de painel de colmeia de alumínio, e as entradas de vácuo são colocadas sob o módulo central 25, o qual tem um encaixe longitudinal com derivações transversais 67.

[0029] Para executar o segundo ciclo de formação a quente, a ferramenta de formação a quente curva 56 para os preformados em forma de C e L é utilizada. Os laminados 51 de seção de ângulo reto obtidos na etapa anterior são colocados sobre a ferramenta de formação a quente 56 que corresponde aos preformados em forma de C e L, de-formando-os manualmente de modo a acoplá-los no modulo macho 57 sem a ocorrência de rugas, primeiro colocando os flanges formados na etapa anterior dentro dos encaixes 59 e então adaptando o resto do laminado na ferramenta o que, no caso de preformados em forma de C, significa que uma adição à deformação curva, a deformação requerida para formar a quente o outro flange deve ser executada, utilizando os encaixes 60 para este propósito.

[0030] Então um filme de separação é colocado sobre os prefor-mados, fazendo os cortes necessários para o propósito acoplá-lo per-feitamente, e isto tudo é seguro com fitas elásticas 71 com grampos de retenção 73, que impedem a ocorrência de rugas nos raios e no lençol. Termopares de controle serão posicionados sobre cada um dos pre-formados, no meio dos flanges formados no primeiro ciclo de formação a quente reta, introduzido nestes aproximadamente 5 mm de profundidade. Finalmente, a ferramenta 56 formada por uma chapa metálica de alumínio 75 sobre uma chapa metálica de base 77, também de alumínio, será introduzida na máquina de formação a quente (ciclos de temperatura + vácuo).

[0031] Uma vez que os preformados são formados as partes em excesso serão cortadas.

[0032] Se for necessário na montagem acoplar o flange externo da estrutura de anel a um suporte plano, tal como a sobreposição, acessórios em forma de cunha podem ser fabricados os quais são colocados sobre as estruturas de anel, acoplando-as nos flanges por meio da aplicação de calor com um ferro.

[0033] Agora, os preformados estão prontos para executar uma estrutura de anel de uma seção totalmente integrada por meio de um processo conhecido como injeção de RTM.

[0034] Quaisquer modificações compreendidas dentro do escopo definido pelas seguintes reivindicações podem ser introduzidas na modalidade preferida acima descrita.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Processo para fabricar estruturas de anel de composto para fuselagens aeronáuticas por meio da aplicação da tecnologia de RTM a dois preformados com seções em forma de C e de L, caracterizado pelo fato de que os ditos preformados são fabricados, utilizando uma primeira ferramenta (21) e uma segunda ferramenta (56), nas seguintes etapas: a) prover o tecido para os preformados em pedaços de material (30) cortados de acordo com padrões preajustados; b) formar a quente laminados retangulares planos (41) colocando camadas de pedaços de material (30) sobre uma primeira ferramenta (21) em posições e número predeterminados e aplicar pressão e temperatura de modo que os pedaços de material (30) adiram em áreas locais; c) formar a quente laminados de seção de ângulo reto (51) de segmentos dos ditos laminados planos (41) de dimensões predeterminadas, obtidos por meio de corte, sobre uma parte de seção de ângulo reto da primeira ferramenta (21), dispondo sobre o seu lado superior, a parte destinada para o flange dos preformados com uma seção formada em C ou L, prendendo a sua borda longitudinal sobre a primeira ferramenta (21) e permitindo que o resto fique livre, colocando uma membrana elástica (55) sobre a primeira ferramenta (21) e aplicando um ciclo de temperatura e de vácuo; e d) formar a quente os preformados em uma forma de C (11) e uma forma de L (13) sobre uma segunda ferramenta curva (56) deformando os ditos laminados de seção de ângulo reto (51) sobre a mesma, a dita deformação incluindo no caso de preformados em forma de C o dobramento do segundo flange, e aplicando um ciclo de temperatura e de vácuo.

2. Processo para fabricar estruturas de anel de composto para fuselagens aeronáuticas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os padrões preajustados para os pedaços de material (30) incluem padrões retangulares a +/- 45° e um reforço de fita unidirecional para um flange.

3. Ferramenta (21) para executar as etapas b) e c) do processo como definido na reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que esta compreende um módulo central (25) e dois módulos laterais (23), os quais estão unidos juntos para executar a etapa b) e são separados para executar a etapa c), e cabeçotes de aquecimento (31) para executar a aplicação de pressão e de temperatura da etapa b), o módulo central (25) tendo componentes de aquecimento (61) dentro, entradas de vácuo para executar a etapa c) e uma placa de retenção (29) com um atuador pneumático disposta sobre o módulo central (25) para prender os laminados (51) durante a etapa c).

4. Ferramenta (56) para executar a etapa d) do processo como definido na reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que esta compreende um módulo macho curvo (57) com encaixes (59, 60) para posicionar o flange e os flanges, respectivamente, dos laminados em forma de L ou C (51) e uma pluralidade de fitas elásticas (71) para reter os laminados durante a formação a quente.